基坑风险评估中的优化反分析方法

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城市高密度发展使得地下空间开发规模日益加大,基坑开挖面积逐步增多,深度需求日渐加深,其安全性经受不断考验。这对基坑风险研究提出了更高的要求。目前,基坑工程的风险评估着重于半定量的理论研究,而施工过程中多按照规范的单目标阀值控制。本文结合实际工程案例,针对基坑风险的不确定性,通过理论分析和数值模拟相结合,提出了一个风险判别标准和三种评估方法,以适用于施工过程中的快速评估、准确评估和综合评估不同要求下的基坑风险评估。本文主要的研究内容和成果如下:(1)调研了反分析方法在岩土工程中的应用。为了消除风险中发生时间不确定性,通过反分析方法来预测围护结构后续变形。基于弹性地基梁法和现有的杆系有限元求解方法,在前人的基础上,针对基坑工程特点,简化了基于弹性地基梁法的杆系模型建立和求解方法,并且提出了一种反分析迭代过程和收敛标准。通过C++语言编程实现了上述算法。程序可以用于土体水平向基床系数沿深度增大的比例系数m值的反分析和预测下一步开挖的围护结构变形。(2)进一步对反分析方法进行研究,借鉴多目标优化中的Pareto最优理论,提出采用该理论的数值模拟—多目标参数反分析方法。将已有多目标优化方法和数值分析软件联系起来,用于反分析土体本构模型参数。选择同时考虑墙体变形和地表沉降的多目标参数反分析方法,通过对两个目标不同权重系数所得到结果的比较,确定了合适数值,实现该方法的应用。通过实际工程比较了单目标与多目标反分析结果。单目标方法对本目标分析精度高,其他目标分析精度很差。多目标方法对每个目标的精度都与单目标中本目标验算差别不大,总体吻合度的优势明显。进而应用于预测进一步开挖变形,多目标分析结果较为稳定,而单目标分析结果偏差很大。与单步预测相比,实时更新预测的结果更好的接近于实际。(3)根据结构受弯时内力与变形的力学关系,提出了一种基于测斜结果计算结构弯矩的简化方法——单元挠度法。为了提高其计算精度,结合实例分析了单元长度的合理取值。此方法计算简便,能快速得到即时弯矩和基坑综合风险状态。通过运用该法,针对现有基坑风险控制标准中只根据位移阀值判别风险的不足之处,提出一种基于位移测斜数据的综合位移和内力判别围护结构风险方法。分别使用传统方法和综合风险判别方法验算实际工程,通过比较发现本判别方法能准确发现存在的风险并找出风险位置。(4)将以上三种评估方法分别应用于实际工程当中,分别解决施工过程中的快速评估、准确评估和综合评估不同要求下的基坑风险评估。准确预测围护变形或地表沉降,成功地找出了风险点,评估结果可靠。
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